JP6305737B2 - Powdered composition using coal ash - Google Patents
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Description
本発明は、石炭火力発電等から発生する石炭灰からの未燃炭素分の滲出及び重金属類等の微量成分の溶出を低減した組成物、並びに石炭灰を含有する粉末状組成物であって、土質固化材等に好適に使用できる組成物に関する。 The present invention is a composition that reduces exudation of unburned carbon from coal ash generated from coal-fired power generation and the like and elution of trace components such as heavy metals, and a powdery composition containing coal ash, The present invention relates to a composition that can be suitably used for a soil solidifying material or the like.
石炭火力発電等から発生する石炭灰は、石炭を燃焼した際に発生する残渣であり、電力事業、一般産業を合わせると、国内で年間1,000万トン以上発生している。それと同時に石炭灰の有効利用は進められており、「石炭灰全国実態調査報告書(平成23年度実績)/一般財団法人 石炭エネルギーセンター」によると、平成7年度の石炭灰の有効利用は発生量の67.1%であったが、年々有効利用率は増加し、平成23年度には98.3%に及び、概ね有効利用に対する意識が浸透していることがいえる。 Coal ash generated from coal-fired power generation or the like is a residue generated when coal is burned, and when combined with the electric power business and general industries, it is generated more than 10 million tons per year in Japan. At the same time, the effective use of coal ash is being promoted. According to the “Coal ash nationwide survey report (2011 results) / Coal Energy Center”, the effective use of coal ash in fiscal 1995 was generated. However, the effective utilization rate has increased year by year, reaching 98.3% in 2011, and it can be said that the awareness of effective utilization has spread.
石炭灰の有効利用は、セメント分野や土木・建築分野、農林・水産分野等幅広い分野で行われており、このうちセメント分野での有効利用は、前述の文献によると、全有効利用量の67.1%に上る。セメント分野においては、セメント原材料をはじめ、セメント混合材やコンクリート混和材等に用いられている。 Coal ash is effectively used in a wide range of fields such as the cement field, civil engineering / architecture field, agriculture / forestry / fishery field, and the effective utilization in the cement field is 67% of the total effective use amount according to the above-mentioned literature. .1%. In the cement field, it is used for cement raw materials, cement admixtures and concrete admixtures.
石炭火力発電における微粉炭焚においては、石炭灰は発生箇所別にフライアッシュとクリンカアッシュに大別されるが、このうちフライアッシュのセメント混合材の例としては、フライアッシュセメントやセメント系固化材への適用が挙げられ、コンクリート混和材の例としては、フライアッシュコンクリート等が挙げられる。 In pulverized coal slag in coal-fired power generation, coal ash is roughly classified into fly ash and clinker ash according to the location of generation, but examples of fly ash cement blends include fly ash cement and cement-based solidified material. And examples of concrete admixtures include fly ash concrete.
フライアッシュコンクリートは、ポゾラン反応による長期強度の増進や乾燥収縮の減少、アルカリシリカ反応の抑制、水和熱の減少、化学抵抗性の向上等の特徴を有するが、空気連行性の低下やフライアッシュに含まれる未燃炭素分の影響で、硬化後のコンクリート表面に黒ずみによる色むらが発生することが課題として挙げられる。これら解決方法としては、AE減水剤や特殊混和剤、特殊AE剤を併用することが一般的に知られている。 Fly ash concrete has features such as increased long-term strength and reduced drying shrinkage due to pozzolanic reaction, suppression of alkali-silica reaction, reduction of heat of hydration, and improvement of chemical resistance. The problem is that uneven color due to darkening occurs on the surface of the concrete after curing due to the influence of unburned carbon contained in. As these solutions, it is generally known to use an AE water reducing agent, a special admixture, and a special AE agent in combination.
また、セメント系固化材の適用においても、水と所定の割合で混合したスラリーを地盤に混合するスラリー改良方式においては、空気連行性の低下は施工性に殆ど影響しないが、未燃炭素分の滲出は未燃炭素分がスラリーを製造するミキサー内に付着する等、課題となる。 In addition, in the application of cement-based solidification material, in the slurry improvement method in which slurry mixed with water at a predetermined ratio is mixed with the ground, the decrease in air entrainment hardly affects the workability, but the unburned carbon content The exudation becomes a problem such that the unburned carbon content adheres in the mixer for producing the slurry.
その他、石炭灰からは微量成分の溶出が懸念されている。特にセメント系固化材に適用した場合においては、セメント系固化材を混合して改良土にしたときに、改良土から微量成分が溶出する可能性がある。 In addition, there is concern about the elution of trace components from coal ash. In particular, when applied to a cement-based solidified material, when the cement-based solidified material is mixed to make improved soil, trace components may be eluted from the improved soil.
セメント及びセメント系固化材の地盤改良への使用においては、既に建設省(現・国土交通省)直轄事業を対象に、通達「セメント及びセメント系固化材を地盤改良への使用及び改良土の再利用に関する当面の措置について(平成12年3月24日/建設省技調発第48号)」が出され、改良予定の土壌と使用予定の固化材による六価クロムの溶出試験を実施することが謳われている。また、「土壌の汚染に係る環境基準について(平成3年8月/環境庁告示第46号)」には、六価クロムを含む土壌環境基準が27項目規定されており、記載された砒素、ふっ素、セレン、ほう素等、その他の微量成分等についても石炭灰から溶出する可能性が考えられる。 Regarding the use of cement and cement-based solidified material for ground improvement, the notification “Use of cement and cement-based solidified material for ground improvement and re-use of improved soil is already targeted for projects under the direct control of the Ministry of Construction (current Ministry of Land, Infrastructure, Transport and Tourism). About the immediate measures for use (March 24, 2000 / Ministry of Construction Technical Development No. 48) ”was issued, and the elution test of hexavalent chromium using the soil to be improved and the solidified material to be used Has been scolded. In addition, “Environmental Standards Concerning Soil Contamination (August 1991 / Environmental Agency Notification No.46)” specifies 27 soil environmental standards that contain hexavalent chromium. Other trace components such as fluorine, selenium, boron, etc. may be eluted from coal ash.
そこで、これらの問題を解決するための手段として、以下の特許文献が開示されている。未燃炭素分の低減方法として、特許文献1では、水とフライアッシュ等を混合し、比重差を利用して未燃炭素を液側に移行させ、未燃炭素を水とともに排除する方法が、特許文献2では、石炭灰を微細化した後、有機溶媒と水との混合溶媒中で攪拌・振とうし、石炭灰中の炭素分を有機相中に分離・除去することにより微細化・脱炭素化した石炭灰を得る方法が、特許文献3では、フライアッシュの粒子同士を互いに衝突・粉砕させ、遠心力で高炭素灰、低炭素灰とに遠心力分級し、次に、フライアッシュの粒子同士の衝突・粉砕、又は粉砕機内壁との摩擦の際に摩擦帯電させた高炭素灰の未燃粒子と完全燃焼粒子の帯電極性との相違を利用して、完全燃焼粒子と未燃粒子とを分離引き寄せて、低炭素微粉灰と高炭素微粉灰とに静電分級する方法が、それぞれ開示されている。 Therefore, the following patent documents are disclosed as means for solving these problems. As a method for reducing the unburned carbon content, in Patent Document 1, a method of mixing water and fly ash, etc., transferring unburned carbon to the liquid side using a specific gravity difference, and removing unburned carbon together with water, In Patent Document 2, after the coal ash is refined, it is stirred and shaken in a mixed solvent of an organic solvent and water, and the carbon content in the coal ash is separated and removed into the organic phase, thereby reducing the size of the coal ash. In Patent Document 3, a method for obtaining carbonized coal ash is obtained by causing fly ash particles to collide and pulverize with each other, and centrifugally classify them into high carbon ash and low carbon ash. By using the difference between the charged polarity of unburned particles of high carbon ash and fully burned particles that are triboelectrically charged when particles collide and pulverize, or friction with the inner wall of the grinder, completely burned particles and unburned particles Is separated and drawn to classify electrostatically into low carbon fine powder ash and high carbon fine powder ash. Law, is disclosed, respectively.
石炭灰からの微量成分の溶出低減方法としては、特許文献4では、普通ポルトランドセメントに代えて、高炉系セメント(特に高炉セメントB種)及び/又は高炉スラグを石炭灰に添加、硬化させて溶出を抑制させる方法が開示されている。 As a method for reducing the elution of trace components from coal ash, in Patent Document 4, instead of ordinary Portland cement, blast furnace cement (particularly blast furnace cement type B) and / or blast furnace slag is added to coal ash and hardened and eluted. A method of suppressing the above is disclosed.
特許文献1や2の方法では、石炭灰を水又は有機溶媒に浸す必要があり、セメント系固化材へ適用する場合には、再度乾燥させる必要がある。また、特許文献3の方法では、未燃炭素分の分離のための遠心分離装置等の設備投資が必要となり、経済性を鑑みても好ましくない。 In the methods of Patent Documents 1 and 2, it is necessary to immerse coal ash in water or an organic solvent, and when applied to a cement-based solidified material, it is necessary to dry again. In addition, the method of Patent Document 3 requires equipment investment such as a centrifugal separator for separating unburned carbon, which is not preferable in view of economy.
特許文献4の方法については、石炭灰を硬化させてしまうため、該石炭灰をセメント系固化材への添加材として使用することができない。 About the method of patent document 4, since coal ash will be hardened, this coal ash cannot be used as an additive to a cement-type solidification material.
ところで、本発明に係わり、本発明者等は石炭灰からの微量成分について測定を行った。測定結果を表1に示す。No.1〜No.6いずれの石炭灰も、電力会社A社の同じ火力発電所において発生した石炭灰であり、採取時期は不定期にサンプリングした結果である。 By the way, in connection with this invention, the present inventors measured about the trace component from coal ash. The measurement results are shown in Table 1. No. 1-No. 6 All coal ash is coal ash generated at the same thermal power plant of electric power company A, and the sampling time is the result of irregular sampling.
表1について、pHの測定は地盤工学会基準「土懸濁液のpH試験方法」を参考にして測定した。また、微量成分溶出量の測定は、「土壌の汚染に係る環境基準について(平成3年8月/環境庁告示第46号)」に定められた方法に基づいて測定した。 Regarding Table 1, the pH was measured with reference to the Geotechnical Society standard “pH test method for soil suspension”. In addition, the amount of trace component elution was measured based on the method defined in “Regarding Environmental Standards Concerning Soil Contamination (August 1991 / Environment Agency Notification No. 46)”.
上記の表1に示すように、同じ火力発電所から発生した石炭灰であっても、サンプリングした時期が異なれば、pH並びに微量成分溶出量の値も大きく異なることがいえる。これは、火力発電に使用する石炭の炭種の変動による影響であると考えられる。また、砒素、セレン、ふっ素、ほう素については、土壌環境基準を上回る溶出量であることが確認された。さらに、溶出した濃度についても、石炭灰によって大きく異なっている。 As shown in Table 1 above, even when coal ash generated from the same thermal power plant is used, it can be said that the values of pH and trace component elution amount differ greatly if the sampling time is different. This is thought to be due to changes in the coal type of coal used for thermal power generation. In addition, it was confirmed that arsenic, selenium, fluorine, and boron were dissolved in amounts exceeding the soil environmental standards. In addition, the eluted concentration varies greatly depending on the coal ash.
この結果を踏まえると、石炭灰から溶出する微量成分の濃度は、元となる石炭の炭種により大きく変動することから、土壌環境基準以内に抑制するためには、これら変動の要因を勘案する必要がある。 Based on this result, the concentration of trace components eluted from coal ash varies greatly depending on the coal type of the original coal, so it is necessary to take these fluctuation factors into account in order to keep it within the soil environmental standards. There is.
従って本発明は、石炭灰を土質固化材への添加材等として利用可能な粉末状のまま、各種金属の溶出が抑制された状態とすることを目的とする。 Accordingly, an object of the present invention is to make coal ash into a state in which elution of various metals is suppressed while remaining in a powder form that can be used as an additive to a soil solidifying material.
本発明者らは、上記課題を達成するため、鋭意検討を行った。そこで、石炭灰中の未燃炭素分並びに微量成分含有量について、溶媒による洗浄や静電による分級を行わず、水酸化カルシウム、高炉スラグ、アルカリ土類金属リン酸塩等の添加材を使用することによって、滲出並びに溶出量を抑制することを検討し、本発明に至った。 In order to achieve the above-mentioned problems, the present inventors have intensively studied. Therefore, use of additives such as calcium hydroxide, blast furnace slag, alkaline earth metal phosphate, etc., without washing with solvents and electrostatic classification for the unburned carbon content and trace component content in coal ash Thus, the inventors have studied to suppress the exudation and the elution amount, and have reached the present invention.
すなわち本発明は、土質固化材に添加して用いるための粉末状組成物であって、
石炭灰100質量部、水酸化カルシウム0.1〜15質量部、高炉スラグ1〜6質量部及びアルカリ土類金属リン酸塩1〜6質量部を含んでなる粉末状組成物である。
That is, the present invention is a powder composition for use in addition to a soil solidifying material,
It is a powdery composition comprising 100 parts by mass of coal ash, 0.1 to 15 parts by mass of calcium hydroxide , 1 to 6 parts by mass of blast furnace slag, and 1 to 6 parts by mass of alkaline earth metal phosphate .
また、石炭灰の有効利用方法として、セメントクリンカと石膏と石炭灰を含有する土質固化材であって、さらに前記石炭灰100質量部に対して、アルカリ土類金属リン酸塩1〜6質量部、及び水酸化カルシウムと高炉スラグを各々1質量部以上含んでなる土質固化材である。 Moreover, as an effective utilization method of coal ash, it is a soil solidification material containing cement clinker, gypsum and coal ash, and further 1 to 6 parts by mass of alkaline earth metal phosphate with respect to 100 parts by mass of the coal ash , And a soil solidifying material comprising at least 1 part by mass of calcium hydroxide and blast furnace slag.
本発明によれば、石炭火力発電等から発生する石炭灰からの未燃炭素分の滲出及び重金属類等の微量成分の溶出を低減した組成物を得ることができる。当該組成物は粉末状であるため、他の材料と混合して土質固化材等の用途に使用することが可能となる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the composition which reduced the exudation of the unburned carbon content from coal ash generated from coal thermal power generation etc. and the elution of trace components, such as heavy metals, can be obtained. Since the composition is in a powder form, it can be mixed with other materials and used for applications such as a soil solidifying material.
また、該粉末状組成物は重金属溶出がないため、保管、運搬等に際して特別の措置を講ずる必要性がなく、極めて扱いやすいものである。 Further, since the powdery composition does not dissolve heavy metals, it is not necessary to take special measures for storage, transportation, etc., and it is extremely easy to handle.
以下に、本発明について詳細に説明する。本発明の粉末状組成物は、石炭灰、水酸化カルシウム、高炉スラグを含んでなる。更にはアルカリ土類金属リン酸塩を含んでなることが好ましい。また、セメントクリンカ、石膏、石炭灰に、アルカリ土類金属リン酸塩、水酸化カルシウム、高炉スラグを含む土質固化材である。 The present invention is described in detail below. The powdery composition of the present invention comprises coal ash, calcium hydroxide, and blast furnace slag. Furthermore, it preferably contains an alkaline earth metal phosphate. Moreover, it is a soil solidification material containing alkaline earth metal phosphate, calcium hydroxide and blast furnace slag in cement clinker, gypsum and coal ash.
本発明で使用する石炭灰は、石炭を燃焼した際に発生する残渣として得られるものである。石炭灰を製品別による分類すると、フライアッシュとシンダアッシュの混合物である原粉、原粉を分級選別した細粉で日本工業規格「コンクリート用フライアッシュ」に適合させたJISフライアッシュ、原粉を分級し粒度調整をした粗いものである粗粉、クリンカホッパに落下した灰を収集し、破砕・脱水・粒度調整したクリンカアッシュに分類されるが、本発明においては特に限定されるものではない。また、石炭灰は石炭火力発電等の電気事業及び一般産業において発生するが、発生事業についても特に限定されない。 The coal ash used in the present invention is obtained as a residue generated when coal is burned. By classifying coal ash by product, raw powder that is a mixture of fly ash and cinder ash, fine powder obtained by classifying raw powder, and JIS fly ash and raw powder that conform to Japanese Industrial Standard “Fly Ash for Concrete” The coarse particles classified and adjusted in particle size, and the ash dropped on the clinker hopper are collected and classified into clinker ash that is crushed, dehydrated, and adjusted in particle size, but is not particularly limited in the present invention. Moreover, although coal ash is generated in electric businesses such as coal-fired power generation and general industries, the generated business is not particularly limited.
本発明で使用する水酸化カルシウムは、一般に消石灰と呼ばれるものである。石炭灰に水酸化カルシウムを含有させることにより、該石炭灰に含まれる微量成分のうち、砒素、セレン、ふっ素、ほう素の溶出量を抑制することができる。また、消石灰を含む本発明の粉末状組成物は、固化材などとして使用する際に水と混合してスラリーとした場合、該スラリーの粘性が高くなるとともに、未燃炭素分の滲出を抑制することができるという効果も発現する。 The calcium hydroxide used in the present invention is generally called slaked lime. By containing calcium hydroxide in coal ash, the elution amount of arsenic, selenium, fluorine, and boron among the trace components contained in the coal ash can be suppressed. In addition, when the powdered composition of the present invention containing slaked lime is mixed with water when used as a solidifying material or the like to form a slurry, the viscosity of the slurry is increased and the exudation of unburned carbon is suppressed. The effect that it can be also expressed.
本発明の粉末状組成物において、水酸化カルシウムは、石炭灰100質量部に対して、0.1〜15質量部である。0.5〜10質量部であることが好ましく、0.5〜5質量部であることがより好ましく、0.5〜3質量部であることが最も好ましい。15質量部を超えて配合しても、効果は頭打ちである一方で、コストがかさむ傾向にある。 In the powdery composition of the present invention, calcium hydroxide is 0.1 to 15 parts by mass with respect to 100 parts by mass of coal ash. It is preferably 0.5 to 10 parts by mass, more preferably 0.5 to 5 parts by mass, and most preferably 0.5 to 3 parts by mass. Even if blended in excess of 15 parts by mass, the effect tends to peak, but the cost tends to increase.
水酸化カルシウムは、工業用消石灰、農業用消石灰、水酸化カルシウム試薬等、市販されているものが好適に使用できる。好ましくは、日本工業規格「工業用消石灰」に規定された水酸化カルシウムであり、経済性や市場流通性の観点から一号品または特号品であることがより好ましく、含有するカルシウム量が多い点で、特号品であることがより特に好ましい。 As the calcium hydroxide, commercially available slaked lime, agricultural slaked lime, calcium hydroxide reagent and the like can be suitably used. Preferably, it is calcium hydroxide prescribed in Japanese Industrial Standards “Industrial Slaked Lime”, more preferably No. 1 or special item from the viewpoint of economy and market distribution, and contains a large amount of calcium. In particular, it is more preferably a special product.
本発明で使用する高炉スラグは、高炉水砕スラグをいう。高炉スラグは、水酸化カルシウムと併用して使用することにより、石炭灰に含まれる微量成分のうち、セレンの溶出量を抑制することができる。 The blast furnace slag used in the present invention refers to blast furnace granulated slag. By using blast furnace slag in combination with calcium hydroxide, it is possible to suppress the amount of selenium out of trace components contained in coal ash.
該高炉スラグは、石炭灰100質量部に対して1〜6質量部であり、1〜3質量部が好ましい。6質量部を超えて配合しても、効果は頭打ちである一方で、コストがかさむ傾向にある。該高炉スラグは、水酸化カルシウムと併用して使用することにより、石炭灰に含まれる微量成分のうち、特にセレンの溶出量を抑制する効果を発現する。 This blast furnace slag is 1-6 mass parts with respect to 100 mass parts of coal ash, and 1-3 mass parts is preferable. Even if blended in excess of 6 parts by mass, the effect tends to peak, but the cost tends to increase. By using this blast furnace slag in combination with calcium hydroxide, the blast furnace slag exhibits an effect of suppressing the amount of selenium in particular, among trace components contained in coal ash.
本発明の粉末状組成物は上記の如く、石炭灰に対して水酸化カルシウム及び高炉スラグを含むことにより、各種金属の溶出を十分に防ぐことが可能であるが、さらにふっ素の溶出を防止するために、アルカリ土類金属リン酸塩を含有させる。 As described above, the powdery composition of the present invention can sufficiently prevent elution of various metals by containing calcium hydroxide and blast furnace slag with respect to coal ash, but further prevents elution of fluorine. Therefore, an alkaline earth metal phosphate is included .
本発明で使用するアルカリ土類金属リン酸塩は、リン酸カルシウム、リン酸ストロンチウム、リン酸バリウム、リン酸ラジウム及びこれらの水素化合物等をいう。アルカリ土類金属リン酸塩は、石炭灰に含まれる微量成分のうち、ふっ素の溶出量を抑制することができる。好ましくは、リン酸カルシウム、リン酸水素カルシウム、リン酸二水素カルシウム等のリン酸カルシウム塩である。アルカリ土類金属リン酸塩は、石炭灰100質量部に対して1〜6質量部であり、2〜5質量部がより好ましい。 The alkaline earth metal phosphate used in the present invention refers to calcium phosphate, strontium phosphate, barium phosphate, radium phosphate, and hydrogen compounds thereof. Alkaline earth metal phosphate can suppress the elution amount of fluorine among trace components contained in coal ash. Preferred are calcium phosphate salts such as calcium phosphate, calcium hydrogen phosphate, and calcium dihydrogen phosphate. Alkaline earth metal phosphates, 1-6 parts by mass der respect to 100 parts by mass of coal ash is, 2 to 5 parts by mass is more preferable.
本発明の粉末状組成物は、発生した石炭灰に水酸化カルシウム、高炉スラグ及びアルカリ土類金属リン酸塩を添加・混合することにより製造することができ、金属などの溶出がないため、特別な設備を用いることなく、その他の粉末と同様の保管、流通を行うことができる。 Powdery compositions of the present invention, calcium hydroxide generated coal ash can be produced by adding and mixing a blast furnace slag及beauty A alkaline earth metal phosphates, since there is no elution of a metal The same storage and distribution as other powders can be performed without using special equipment.
本発明の粉末状組成物は、生コンクリートやモルタル材料の添加材として使用することができるが、好適には土質固化材の添加材として用いることができる。即ち、ポルトランドセメントクリンカ、石膏その他成分を含む土質固化材の増量材、改質材として用いることができる。前述の通り、本発明の粉末状組成物は石炭灰に加えて水酸化カルシウムが含まれているため、土質固化材を水と混ぜてスラリーとした際、未燃炭素分が遊離してくることがないというさらなる特徴を有する。すなわち、セメントクリンカと石膏と石炭灰を含有する土質固化材であって、さらに前記石炭灰100質量部に対して、アルカリ土類金属リン酸塩1〜6質量部、及び水酸化カルシウムと高炉スラグを各々1質量部以上含んでなる土質固化材である。 The powdery composition of the present invention can be used as an additive for ready-mixed concrete or mortar material, but can be preferably used as an additive for soil solidifying material. That is, it can be used as an extender or modifier of a soil solidifying material containing Portland cement clinker, gypsum and other components. As described above, since the powdered composition of the present invention contains calcium hydroxide in addition to coal ash, when the soil solidifying material is mixed with water to form a slurry, unburned carbon is released. It has the further feature that there is no. That is, a soil solidifying material containing cement clinker, gypsum and coal ash, and further, alkaline earth metal phosphate 1 to 6 parts by mass, calcium hydroxide and blast furnace slag with respect to 100 parts by mass of the coal ash Is a soil solidifying material comprising 1 part by mass or more of each.
土質固化材に使用するセメントクリンカは、公知のセメントクリンカが特に制限なく使用できる。なかでも、普通ポルトランドセメント、早強ポルトランドセメント、超早強ポルトランドセメント、中庸熱ポルトランドセメント及び低熱ポルトランドセメントの製造に使用されるポルトランドセメントクリンカが好適に使用できる。 As the cement clinker used for the soil solidifying material, a known cement clinker can be used without particular limitation. Especially, the Portland cement clinker used for manufacture of a normal Portland cement, an early strong Portland cement, a super early strong Portland cement, a moderately hot Portland cement, and a low heat Portland cement can be used conveniently.
本発明の粉末状組成物を土質固化材の添加材として用いる場合の使用量は特に限定されるものではないが、一般に、上記セメントクリンカ100質量部に対して、粉末状組成物に由来する石炭灰が好ましくは1〜55質量部、より好ましくは1〜30質量部である。 The amount of use in the case of using the powdery composition of the present invention as an additive for the soil solidifying material is not particularly limited, but generally coal derived from the powdery composition with respect to 100 parts by mass of the cement clinker. Ash is preferably 1 to 55 parts by mass, more preferably 1 to 30 parts by mass.
土質固化材に使用する石膏は、セメントやセメント系固化材に使用される石膏として公知の石膏が特に制限なく使用できる。例えば、2水石膏、半水石膏、I型又はII型無水石膏等が挙げられる。また、天然石膏、化学石膏のいずれでもよく、化学石膏としては排煙脱硫石膏、リン酸石膏、チタン石膏及びフッ酸石膏等が挙げられる。 As the gypsum used for the soil solidifying material, known gypsum can be used without particular limitation as gypsum used for cement or cement-based solidifying material. Examples thereof include dihydrate gypsum, hemihydrate gypsum, type I or type II anhydrous gypsum, and the like. Natural gypsum and chemical gypsum may be used. Examples of the chemical gypsum include flue gas desulfurization gypsum, phosphate gypsum, titanium gypsum, and hydrofluoric acid gypsum.
上記石膏は必要に応じて単独或いは複数種を組み合わせて使用できる。好ましくは、無水石膏、2水石膏を単独で或いはこれらを組み合わせて使用する。石膏の量はセメントクリンカ100質量部に対して1〜25質量部であることが好ましく、5〜20質量部であることがより好ましい。また、用いる石膏の粉末度は特に制限されるものではないが、一般的にはブレーン比表面積で2,500〜10,000cm2/gであり、多くは2,500〜7,000cm2/gである。 The above-mentioned gypsum can be used alone or in combination of two or more as required. Preferably, anhydrous gypsum and dihydrate gypsum are used alone or in combination. The amount of gypsum is preferably 1 to 25 parts by mass and more preferably 5 to 20 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the cement clinker. Although powders of the gypsum is not particularly limited to be used is generally from 2,500~10,000cm 2 / g in Blaine specific surface area, many 2,500~7,000cm 2 / g It is.
土質固化材には、イオン交換反応による土の塑性指数の低下やポゾラン反応の促進を目的として水酸化カルシウム(消石灰)が配合されることがあり、本発明の粉末状組成物を添加する土質固化材においても、該粉末状組成物に由来する水酸化カルシウムに加えて、別途、水酸化カルシウムが含まれていてもよい。当該水酸化カルシウムの配合量は、粉末状組成物に由来する水酸化カルシウムと併せた量が、ポルトランドセメントクリンカ100質量部に対して15質量部以下となる量が好ましく、10質量部以下がより好ましい。 Calcium hydroxide (slaked lime) may be added to the soil solidification material for the purpose of decreasing the plasticity index of the soil by ion exchange reaction or promoting the pozzolanic reaction, and the soil solidification to which the powdered composition of the present invention is added Also in the material, in addition to calcium hydroxide derived from the powdered composition, calcium hydroxide may be included separately. The blending amount of the calcium hydroxide is preferably such that the amount combined with the calcium hydroxide derived from the powdered composition is 15 parts by mass or less with respect to 100 parts by mass of the Portland cement clinker, and more preferably 10 parts by mass or less. preferable.
高炉スラグには潜在水硬性があり、固化材成分として使用した場合には、長期的な強度発現性に寄与することができる。また、六価クロムの溶出を低減する作用を有するため、環境負荷の点からも好ましい。従って、本発明の粉末状組成物を添加する土質固化材においても、該粉末状組成物に由来する高炉スラグに加えて、別途、高炉スラグが含まれていてもよい。上記効果を発現するためには、土質固化材中の高炉スラグの含有量は、粉末状組成物に由来する量と併せてポルトランドセメントクリンカ100質量部に対して120質量部以下となる量が好ましく、70質量部以下がより好ましい。 Blast furnace slag has latent hydraulic properties, and when used as a solidifying material component, it can contribute to long-term strength development. Moreover, since it has the effect | action which reduces elution of hexavalent chromium, it is preferable also from the point of environmental impact. Therefore, also in the soil solidification material to which the powdery composition of the present invention is added, in addition to the blast furnace slag derived from the powdery composition, blast furnace slag may be included separately. In order to express the above effects, the amount of blast furnace slag in the soil solidification material is preferably 120 parts by mass or less with respect to 100 parts by mass of Portland cement clinker together with the amount derived from the powdery composition. 70 parts by mass or less is more preferable.
本発明の粉末状組成物を添加する土質固化材には、上記各成分に加えて、土質固化材の配合成分として公知の他の成分、具体的にはナフタレンスルホン酸ホルマリン縮合物塩系、リグニンスルホン酸塩系、メラミンスルホン酸ホルマリン縮合物塩系、ポリカルボン酸塩系及びポリエーテル系の分散剤等の各種の分散剤・流動化剤、第一鉄塩、3価のチタン酸塩、亜硫酸塩、亜硫酸水素塩、チオ硫酸塩等の還元剤、シリカフューム、石灰石等が配合されていてもよい。 The soil solidifying material to which the powdery composition of the present invention is added includes, in addition to the above-mentioned components, other components known as a blending component of the soil solidifying material, specifically naphthalenesulfonic acid formalin condensate salt system, lignin Various dispersants and fluidizers such as sulfonate, melamine sulfonate formalin condensate, polycarboxylate and polyether dispersants, ferrous salts, trivalent titanates, sulfurous acid A reducing agent such as a salt, bisulfite, and thiosulfate, silica fume, limestone, and the like may be blended.
また本発明の粉末状組成物は、上記土質固化材に限らず生コンクリートやモルタル材料の添加材としても使用することができる。 Moreover, the powdery composition of this invention can be used not only as the said soil solidification material but as an additive of ready-mixed concrete or a mortar material.
以下に実施例により本発明を具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例に制限されるものではない。 EXAMPLES The present invention will be specifically described below with reference to examples, but the present invention is not limited to these examples.
1.石炭灰及び使用材料
(a)石炭灰
石炭灰は、電力会社A社において発生した石炭灰を用いた。石炭灰は採取時期の違いにより、(1)〜(6)の6種類の石炭灰を使用した。
1. Coal ash and materials used (a) Coal ash Coal ash was used as the coal ash. As the coal ash, six types of coal ash (1) to (6) were used depending on the time of collection.
(b)水酸化カルシウム
水酸化カルシウム(以下の記述では、「消石灰」と称す。)は、マルアイ石灰工業株式会社製「フレスコ特号消石灰」を用いた。使用した消石灰の粒度について、レーザ回折/散乱式粒子径分布測定装置(株式会社堀場製作所製)を用いて測定を行ったところ、最小粒子径2.6μm、最大粒子径34.3μmであった。
(B) Calcium hydroxide As the calcium hydroxide (hereinafter referred to as “slaked lime”), “Fresco special slaked lime” manufactured by Maruai Lime Industry Co., Ltd. was used. The particle size of the used slaked lime was measured using a laser diffraction / scattering particle size distribution measuring device (manufactured by Horiba, Ltd.), and the minimum particle size was 2.6 μm and the maximum particle size was 34.3 μm.
(c)高炉スラグ
高炉スラグは、株式会社神戸製鋼所加古川製鉄所において発生する高炉水砕スラグを用いた。蛍光X線分析装置(株式会社リガク製:ZSX)を用いて測定した化学成分は、MgO:7.0%,Al2O3:12.8%,SiO2:28.1%,SO3:4.55%,CaO:45.6%であった。
(C) Blast furnace slag Blast furnace granulated slag generated at the Kakogawa Works, Kobe Steel, Ltd. was used as the blast furnace slag. Chemical components measured using a fluorescent X-ray analyzer (manufactured by Rigaku Corporation: ZSX) were MgO: 7.0%, Al 2 O 3 : 12.8%, SiO 2 : 28.1%, SO 3 : It was 4.55%, CaO: 45.6%.
(d)アルカリ土類金属リン酸塩
アルカリ土類金属リン酸塩として、チヨダウーテ株式会社製高機能フッ素処理剤「Fクレスト」を用いた。Fクレストは、リン酸カルシウム塩を主成分とするものである。蛍光X線分析装置により測定した化学成分は、MgO:0.32%,Al2O3:0.14%,SiO2:0.31%,P2O5:47.7%,CaO:51.3%であった。
(D) Alkaline earth metal phosphate As the alkaline earth metal phosphate, a high-functional fluorine treatment agent “F Crest” manufactured by Chiyodaute Co., Ltd. was used. F crest is mainly composed of calcium phosphate. Chemical components measured by a fluorescent X-ray analyzer, MgO: 0.32%, Al 2 O 3: 0.14%, SiO 2: 0.31%, P 2 O 5: 47.7%, CaO: 51 3%.
2.試製石炭灰の作製
石炭灰と上記添加材料を適宜調合し、試製石炭灰を作製した。調合は、各材料を計量の上、ポリ袋に投入し、袋内で混合した。
2. Preparation of trial coal ash Coal ash and the above additive materials were appropriately mixed to prepare trial coal ash. In blending, each material was weighed, put into a plastic bag, and mixed in the bag.
3.測定成分及び微量成分溶出量の測定
測定する微量成分は、土壌汚染対策法において第二種特定有害物質に分類されるカドミウム、鉛、六価クロム、砒素、総水銀、セレン、ふっ素、ほう素、シアンとした。微量成分溶出量の測定方法は、前述と同じように「土壌の汚染に係る環境基準について(平成3年8月/環境庁告示第46号)」に定められた方法に基づいて測定した。
3. Measurement of measured components and trace component elution amount The measured trace components are cadmium, lead, hexavalent chromium, arsenic, total mercury, selenium, fluorine, boron, Cyan. The measurement method of the amount of trace component elution was measured based on the method defined in “Environmental Standards Concerning Soil Contamination (August 1991 / Environment Agency Notification No.46)” as described above.
3−1.消石灰による微量成分溶出低減効果(参考実験)
石炭灰に消石灰を含有することによる微量成分溶出量への効果を検証した。石炭灰並びに試製石炭灰の組成を表2に、測定結果を表3に示す。なお、組成は質量部で表している。
3-1. Effect of slaked lime on elution of trace components
The effect of the slaked lime content in coal ash on the amount of trace component elution was verified. The composition of coal ash and trial coal ash is shown in Table 2, and the measurement results are shown in Table 3. The composition is expressed in parts by mass.
比較例9〜12(石炭灰のみ)では、砒素、セレン、ふっ素の溶出量が多く、比較例9、10ではさらにほう素の溶出量が高く、土壌環境基準を上回った。比較例1〜8については、消石灰を含有することにより、砒素、ほう素については不検出、セレン、ふっ素についても、土壌環境基準を上回る溶出量ではあったが、消石灰による溶出低減の効果が見られる。このうちふっ素については、消石灰の含有量が多くなるとふっ素の溶出量も低くなっていることが確認できた。これは、消石灰がスラリー中で還元剤として、微量成分に対して作用したものと考えられる。 In Comparative Examples 9 to 12 (only coal ash), the amount of arsenic, selenium, and fluorine eluted was large, and in Comparative Examples 9 and 10, the amount of boron eluted was higher, exceeding the soil environment standard. About Comparative Examples 1-8, by containing slaked lime, arsenic and boron were not detected, and selenium and fluorine were also eluted in excess of the soil environmental standards, but the effect of leaching reduction by slaked lime was seen. It is done. Regarding fluorine, it was confirmed that as the slaked lime content increased, the elution amount of fluorine decreased. This is considered that slaked lime acted on a trace component as a reducing agent in the slurry.
3−2.高炉スラグによる微量成分溶出低減効果
石炭灰に高炉スラグを含有することによる微量成分溶出量への効果を検証した。石炭灰並びに試製石炭灰の組成を表4に、測定結果を表5に示す。なお、組成は質量部で表している。
3-2. Effect of blast furnace slag on elution of trace components The effect on the elution amount of trace components by including blast furnace slag in coal ash was verified. The composition of coal ash and trial coal ash is shown in Table 4, and the measurement results are shown in Table 5. The composition is expressed in parts by mass.
比較例13〜16(添加材として高炉スラグのみを使用)と比較例10〜12(石炭灰のみ)と比べると、添加材として高炉スラグのみを使用する場合においては、微量成分に対する溶出低減効果はないことがいえる。 Compared with Comparative Examples 13 to 16 (using only blast furnace slag as an additive) and Comparative Examples 10 to 12 (only coal ash), in the case of using only blast furnace slag as an additive, the elution reduction effect for trace components is I can say nothing.
参考例1〜12は、消石灰と高炉スラグを併用して使用したものであり、砒素、セレン、ふっ素、ほう素の溶出量を低減していることがいえる。I.に述べたように、消石灰のみを添加するだけでも、砒素、セレン、ふっ素、ほう素の溶出量を低減しているが、高炉スラグと消石灰とを併用して使用することにより、中でも溶出低減効果が小さかったセレンについては、土壌環境基準未満まで低減している。このことから、セレンの溶出量低減に対して、高炉スラグが有効であることがいえる。これは、アルカリ雰囲気下における潜在水硬性に起因するものであると考えられる。 Reference Examples 1 to 12 use slaked lime and blast furnace slag in combination, and it can be said that the elution amounts of arsenic, selenium, fluorine, and boron are reduced. I. As described in, the amount of elution of arsenic, selenium, fluorine, and boron is reduced by adding only slaked lime, but by using a combination of blast furnace slag and slaked lime, the elution reduction effect is achieved. For selenium, which is small, it has been reduced to below the soil environmental standards. From this, it can be said that blast furnace slag is effective for reducing the amount of selenium eluted. This is considered to be due to the latent hydraulic property in an alkaline atmosphere.
3−3.アルカリ土類金属リン酸塩による微量成分溶出低減効果
石炭灰にアルカリ土類金属リン酸塩を含有することによる微量成分溶出量への効果を検証した。石炭灰並びに試製石炭灰の組成を表6に、測定結果を表7に示す。なお、組成は質量部で表している。
3-3. Effect of alkaline earth metal phosphate to reduce trace component elution The effect of coal earth ash containing alkaline earth metal phosphate on the amount of trace component elution was verified. Table 6 shows the composition of coal ash and trial coal ash, and Table 7 shows the measurement results. The composition is expressed in parts by mass.
比較例17は、前述した比較例9の結果と対比すると、ふっ素については土壌環境基準未満の溶出量まで低減することができ、セレン、ほう素についても微少ながら溶出量の低減が見られるものの、砒素の溶出量は高くなった。 In Comparative Example 17, when compared with the result of Comparative Example 9 described above, fluorine can be reduced to an elution amount lower than the soil environment standard, although selenium and boron are also slightly reduced in the elution amount, The amount of arsenic elution increased.
実施例1〜4は、消石灰、高炉スラグ、アルカリ土類金属リン酸塩を併用して使用したものであり、すべての微量成分の溶出量を、土壌環境基準未満に低減することができる。特に、消石灰によりふっ素の溶出量が幾らか低減できるものの、アルカリ土類金属リン酸塩によるふっ素の溶出量の低減効果は、大きいことがいえる。 In Examples 1 to 4 , slaked lime, blast furnace slag, and alkaline earth metal phosphate are used in combination, and the elution amount of all trace components can be reduced to less than the soil environment standard. In particular, although the leaching amount of fluorine can be reduced somewhat by slaked lime, the reduction effect of the leaching amount of fluorine by the alkaline earth metal phosphate can be said to be great.
また、消石灰を含むことにより、スラリーが塩基性を成している場合においても、ふっ素の溶出量の低減効果を維持することができる。このことから、試製した石炭灰をセメント系固化材に適用した場合に想定される、セメントに起因するアルカリ雰囲気下においても、ふっ素の溶出量を低減させる効果を維持することが可能である。 Moreover, even when the slurry is basic by including slaked lime, the effect of reducing the amount of fluorine eluted can be maintained. From this, it is possible to maintain the effect of reducing the amount of fluorine elution even in an alkaline atmosphere that is assumed when the trial coal ash is applied to a cement-based solidified material.
4.未燃炭素分の滲出評価
未燃炭素分の滲出評価は、建築工事標準仕様書・同解説JASS15左官工事に記載の「M−103 セルフレベリング材の品質基準」3.(5)フロー値、の測定を行った。具体的には、水150gが入った容器の中に、試料300g(水/石炭灰又は試製石炭灰比として0.5)を、スリーワンモーター(アズワン株式会社製「トルネード」)にて混合した。混合は、水が入った容器を2分間、400rpmの回転数で混合している間に試料を投入し、さらに3分間混合、合計5分間で行った。作製したスラリーは、直ちに内径5cm×高さ5.1cmの円筒形のフローコーンに投入し、フローコーンを静かに引き抜き、引き抜き後1分経過した時のスラリー表面の状況を確認した。
4). 2. Evaluation of unburned carbon exudation The unburned carbon exudation evaluation is based on the “M-103 self-leveling material quality standards” described in the building construction standard specifications and explanation JASS15 plastering. (5) The flow value was measured. Specifically, in a container containing 150 g of water, 300 g of a sample (water / coal ash or trial coal ash ratio of 0.5) was mixed with a three-one motor (“Tornado” manufactured by ASONE Corporation). Mixing was performed in a container containing water for 2 minutes while mixing the sample at a rotation speed of 400 rpm, and further mixing for 3 minutes for a total of 5 minutes. The prepared slurry was immediately put into a cylindrical flow cone having an inner diameter of 5 cm and a height of 5.1 cm, the flow cone was gently pulled out, and the state of the slurry surface when 1 minute passed after the drawing was confirmed.
結果は、未燃炭素分の滲出が見られるときを「×」、未燃炭素分の滲出が僅かに見られる、又は、滲出は見られないが、水との分離が著しい場合は「△」、未燃炭素分の滲出及び水との分離も見られない場合は「○」と評価し、「○」を良とした。 The result is “X” when exudation of unburned carbon is observed, “△” when exudation of unburned carbon is slightly observed or no exudation is observed, but separation from water is significant. When no exudation of unburned carbon and separation from water were observed, it was evaluated as “◯”, and “○” was judged as good.
4−1.未燃炭素分の滲出抑制効果(参考実験)
石炭灰スラリーにおける未燃炭素分の滲出抑制剤の検討として、表7に示す材料を検討した。石炭灰は(1)を、試製石炭灰の組成は、石炭灰100質量部に対していずれの材料も5質量部とした。試験結果も表8に併記する。
4-1. Effect of suppressing unburned carbon exudation (reference experiment)
The materials shown in Table 7 were examined as an examination of the leaching inhibitor for unburned carbon in the coal ash slurry. Coal ash was (1), and the composition of trial coal ash was 5 parts by mass for all materials with respect to 100 parts by mass of coal ash. The test results are also shown in Table 8.
参考例14は、ソイルセメントスラリーの粘性を向上させ、未燃炭素分の滲出を抑制できるものと推察したが、未燃炭素分の滲出が見られた。添加量として更に増量すると、未燃炭素分の滲出を抑制できる可能性も考えられるが、過剰に混合することによって、セメント系固化材に適用した場合に強度低下に繋がることや、同じくセメント系固化材に適用した際に、スラリープラントでのスラリー製造において、過剰な圧送負荷等、施工性に問題が生じる恐れが考えられ、好ましくない。 Although it was guessed that the reference example 14 improved the viscosity of soil cement slurry and could suppress the exudation of unburned carbon, the exudation of unburned carbon was observed. If the amount added is further increased, there is a possibility that the exudation of unburned carbon can be suppressed, but excessive mixing may lead to a decrease in strength when applied to a cement-based solidified material, When applied to a material, there is a possibility of problems in workability such as excessive pumping load in slurry production at a slurry plant, which is not preferable.
参考例15〜19は、一般的コンクリートの減水剤などで使用されるものを使用したが、未燃炭素分の滲出は見られないものの、著しく水分との分離が見られた。減水剤の使用に関しては、推奨される添加量よりも多い添加量で試験を実施していることも理由として考えられるが、添加量の僅かな調整により強度が変動する恐れがあることや、過剰なブリーディングが発生する要因となることが考えられるため、好ましくない。 Although the reference examples 15-19 used what was used with the water reducing agent of a general concrete, etc., although the exudation of the unburned carbon content was not seen, the isolation | separation with a water | moisture content was seen remarkably. Regarding the use of a water reducing agent, the reason may be that the test is conducted with an addition amount higher than the recommended addition amount, but there is a possibility that the strength may fluctuate due to slight adjustment of the addition amount, or excessive This is not preferable because it is considered to cause a serious bleeding.
参考例20は、セメント系固化材等の発塵抑制剤として、セメント粒子を固定する効果を有しているが、スラリーにおいてはその効果が期待できず、未燃炭素分の滲出が多く見られた。 Reference Example 20 has an effect of fixing cement particles as a dust generation inhibitor such as a cement-based solidifying material, but the effect cannot be expected in a slurry, and many exudation of unburned carbon is seen. It was.
参考例13では、スラリーの粘性を上げることにより、水分との分離が見られない。また流動性は、剤を添加した場合と比べて低下するものの、未燃炭素分の滲出は抑制されている。これによって、石炭灰中の未燃炭素分を減らさなくても、滲出する量を低減することが可能であるといえる。また消石灰は、前述した微量成分溶出量の低減に際しても有効であることから、双方の効果を有することで、経済的であるといえる。
In Reference Example 13 , separation from moisture is not observed by increasing the viscosity of the slurry. Moreover, although fluidity | liquidity falls compared with the case where an agent is added, the exudation of an unburned carbon content is suppressed. Thus, it can be said that the amount of leaching can be reduced without reducing the unburned carbon content in the coal ash. Moreover, since slaked lime is effective in reducing the amount of trace component elution described above, it can be said that it is economical to have both effects.
Claims (2)
石炭灰100質量部、水酸化カルシウム0.1〜15質量部、高炉スラグ1〜6質量部及びアルカリ土類金属リン酸塩1〜6質量部を含んでなる粉末状組成物。 A powder composition for use in addition to a soil solidifying material,
A powdery composition comprising 100 parts by mass of coal ash, 0.1 to 15 parts by mass of calcium hydroxide , 1 to 6 parts by mass of blast furnace slag and 1 to 6 parts by mass of alkaline earth metal phosphate .
請求項1記載の粉末状組成物を、セメントクリンカ100質量部に対して、石炭灰が1〜55質量部となる範囲で用いる土質固化材の製造方法。
A method for producing a soil solidifying material containing at least cement clinker, gypsum and coal ash,
The manufacturing method of the soil solidification material which uses the powdery composition of Claim 1 in the range from which coal ash becomes 1-55 mass parts with respect to 100 mass parts of cement clinker.
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